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1、1铁、铜的性质铁、铜的性质【本讲教育信息本讲教育信息】 一. 教学内容： 铁、铜的性质二. 教学目标 认识铁是一种较活泼的金属，了解铁的物理性质，掌握铁的化学性质； 掌握铁的有关性质实验以及对实验现象的分析； 通过演绎法去分析铜及其重要化合物的化学性质。三. 教学重点、难点 铁的性质及有关性质实验和实验现象的分析四、教学过程： （一）铁及其化合物的性质 1、铁在周期表中的位置及结构 铁位于第四周期第族，电子排布式为：1s22s22p63s23p63d64s2原子结构示意图为 在化学反应中易失去两个或三个电子形成2 或3 价： Fe2eFe2+；Fe3eFe3+ 2、纯铁具有银白色光泽、密度大，
2、熔沸点高，延展性、导电、导热性较好、能被磁铁吸 引。纯铁的抗腐蚀能力很强，通常我们所见的铁中由于含有碳等物质，抗腐蚀能力较弱， 易发生电化腐蚀。 在酸性介质中发生：析氢腐蚀： 负极：Fe2eFe2；正极反应为： 2H+2eH2； 在中性或碱性介质中发生：吸氧腐蚀：负极：Fe2eFe2；正极反应为： 2H2OO24e 4OH 3、化学性质： 铁是较活泼的金属，易失去最外层和次外层的电子，常显+2、+3 价，且 Fe3+比 Fe2+稳定。 （1）与非金属反应：铁与强氧化剂反应生成3 价铁的化合物，与弱氧化剂反应生成 2 价铁的化合物。如： 3Fe+2O2Fe3O4；2Fe+3Cl22FeCl3；F
3、e+SFeS （2）与水反应：铁在加热至红热时能与水蒸气发生反应。 3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2 常温下，铁与水不起反应，但在水和空气里 O2、CO2等共同作用下，铁易被腐蚀。 （3）与酸反应：非氧化性酸：Fe+2H+=Fe2+H2 氧化性酸：常温下，铁遇浓硫酸、浓硝酸会钝化，加热条件下可发生氧化还原反应。 Fe+4HNO3（过量）=Fe(NO3)3+NO+2H2O 3Fe（过量）+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO+4H2O Fe+6HNO3（浓）Fe(NO3)3+3NO2+3H2O （4）与盐溶液反应：FeCu2Fe2Cu；Fe2Fe33Fe2 4、铁的重要化合物： 铁的氧
4、化物2名称氧化亚铁氧化铁四氧化三铁化学式FeOFe2O3Fe3O4 价态+2+3+2、+3俗名铁红磁性氧化铁名称氧化亚铁氧化铁四氧化三铁色态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体溶解性不溶于水与 HCl 反应 与 HNO3反应 与 HI 反应特性不稳定。在空气中 加热，易被氧化成 四氧化三铁。用作油漆的颜料等具有磁性FeO+2H+=Fe2+H2O Fe2O3+6H+=2Fe3+ + 3H2O Fe3O4+8H+=Fe2+ +2Fe3+ +4H2O 3FeO+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO+5H2O Fe2O3+6H+=2Fe3+ + 3H2O 3Fe3O4+28HNO3=9Fe(NO3)3+NO+
5、14H2O FeO+2H+=Fe2+H2O Fe2O3+6HI=2FeI2+I2+3H2O Fe3O4+8HI=3FeI2+I2+4H2O 铁的氢氧化物名称氢氧化亚铁氢氧化铁化学式Fe(OH)2Fe(OH)3 色态白色固体红褐色固体溶解性难溶于水难溶于水与 HCl 反应Fe(OH)2+2H+=Fe2+ 2H2OFe(OH)3+3H+=Fe3+ 3H2O热稳定性无 O2条件下，生成 FeO，有 O2时4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 白色灰绿色红褐色2Fe(OH)3=Fe2O3 + 3H2O制备Fe2+ 2OH=Fe(OH)2Fe3+ 3OH=Fe(OH)3说明：说明： 1、铁
6、在化学反应中不仅可失去最外层的电子显2 价，还可以失去部分次外层的电子显 3 价，当失去 d 能级中 1 个电子时，形成 3d5的半充满状态，比较稳定，因此，铁的3 价化合物较稳定。 2、铁的三种价态之间的转变：铁三角之间的关系3、铁在冷的浓硝酸和浓硫酸中钝化，但在热的浓硫酸或浓硝酸中可以发生氧化还原反应。 铁在稀硝酸中发生氧化还原反应时，铁元素的价态与铁和硝酸的量的多少有关，当铁过量 时，生成2 价铁，当硝酸过量时，生成3 价铁。 4、Fe2和 Fe3的检验 （1）观察法：其溶液呈棕黄色者是 Fe3，呈浅绿色者是 Fe23（2）H2S 法：通入 H2S 气体或加入氢硫酸，有浅黄色沉淀析出者是
7、 Fe3+，无明显变化 的是 Fe2+。 （3）KSCN 法：加入 KSCN 或其它可溶性硫氰化物溶液，呈血红色者是 Fe3+，无明显变 化的是 Fe2+。Fe3+3SCNFe(SCN)3 （4）苯酚法：加入苯酚溶液，呈紫色者是 Fe3+，无明显变化的是 Fe2+。 Fe3+6C6H5OH Fe(C6H5O)63-6H+ （5）碱液法：分别通入氨气或加入氨水或碱液，生成红褐色沉淀者是 Fe3+，生成白色 沉淀，并变为灰绿色，最终变成红褐色者是 Fe2+。 （6）淀粉 KI 试纸法：能使淀粉 KI 试纸变蓝者为 Fe3+，无明显变化的是 Fe2+。 2Fe3+2I2Fe2+ I2 （7）铜片法：
8、分别加入铜片，铜片溶解且溶液变为蓝色者是 Fe3+，无明显变化的是 Fe2+。2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+ （8）KMnO4法：分别加入少量酸性 KMnO4溶液，能使 KMnO4溶液的紫红色变浅的是 Fe3+，颜色基本无变化的是 Fe2+：5Fe2+MnO48H+5Fe3+Mn2+4H2O例 1. 下列物质发生反应时其离子方程式正确的是 A. 铁与三氯化铁溶液反应：FeFe3+2Fe2+ B. 足量的氯气通入溴化亚铁溶液中：2Fe2+4Br3Cl22Fe3+2Br26Cl C. Fe(OH)3跟盐酸反应：Fe(OH)33H+Fe3+3H2O D. FeS 跟稀硝酸反应：FeS2H+Fe2+
9、H2S 解析：解析：离子方程式判断正误，主要从元素守恒、电荷守恒、得失电子守恒以及是否符 合题意、是否局部化简等角度分析：A 中电荷和得失电子均不守恒，不正确；B、C 正确； D 中2 价的 S 和 Fe2+都具有强的还原性，都能被硝酸氧化成高价的物质，故 D 错误。 答案：答案：BC例 2. 适量铁粉与稀硝酸恰好完全反应，则铁粉与 HNO3的质量比不可能为:A. 13B. 31C. 29D. 14 解析：解析：铁与稀硝酸反应的规律： 硝酸过量时按：Fe4HNO3Fe（NO3）3NO2H2O 铁过量时按：3Fe8HNO33Fe（NO3）22NO4H2O 当铁和硝酸的物质的量之比1：4，或质量比
10、2：9 时，按反应式进行； 当铁和硝酸的物质的量之比3：8，或质量比1：3 时，按反应式进行； 当 1：4铁和硝酸的物质的量之比3：8 时，或质量比在 2：9 到 1：3 之间时，按 反应、式进行，此时，同时生成了 Fe（NO3）2和 Fe（NO3）3铁粉和硝酸都完全反应。 综上所述，本题的答案为 B 答案：答案：B例 3. 将 13.92 克 Fe3O4溶于过量稀 H2SO4中，再加入 0.2mol/LK2Cr2O7溶液 50mL，恰好 使溶液中不再含有 Fe2，则 K2Cr2O7的还原产物中 Cr 元素的化合价为： A. 6B. 3C. 2D. 1 解析：解析：本题考查的是 Fe2+和 F
11、e3+之间的相互转化。在酸性条件下 K2Cr2O7氧化 Fe2+生成 Fe3+，Fe2+失去的电子总数K2Cr2O7得到的电子总数。由于 Fe3O4可以看成是 Fe2O3FeO， 则 13.92 克 Fe3O4含有的 Fe2+总量为 13.92g/232g/mol0.06mol，转移的电子总数为 0.06mol，0.2mol/L0.05LK2Cr2O7得到的电子总数0.06mol，则还原产物中 Cr 元素的化4合价为3 价 答案：答案：B例 4. 图为制备 Fe(OH)2实验的改进装置，使用该装置将能在较长时间内观察到白色絮状 沉淀。 如何操作该装置才能得到 Fe(OH)2？； 解释为何能在较
12、长时间内观察到 Fe(OH)2白色沉淀。 解析：解析：Fe(OH)2露置于空气中迅速被空气中的氧气氧化生成红褐色的 Fe(OH)3，因此， 在制备过程中一定要防止空气等氧化剂进入，以防 Fe(OH)2被氧化。在上图装置中，打开 止水夹 a 利用稀硫酸与铁反应产生 H2和 FeSO4溶液，用 H2赶跑装置中的空气，然后再关闭 止水夹 a，利用 H2产生的压力将 FeSO4溶液压入 B 装置中与 NaOH 作用产生白色的 Fe(OH)2 沉淀，由于在制备过程中排除了空气的干扰，因此，产生的 Fe(OH)2白色沉淀可以保存较 长时间。 答案：答案：（1）打开止水夹 a 利用稀硫酸与铁反应产生 H2和
13、 FeSO4溶液，用 H2赶跑装置 中的空气，然后再关闭止水夹 a，利用 H2产生的压力将 FeSO4溶液压入 B 装置中与 NaOH 作 用产生白色的 Fe(OH)2沉淀 （2）利用 H2赶跑装置中和溶液中的空气，使得产生的 Fe(OH)2白色沉淀与氧化剂不接 触，不能发生氧化还原反应，所以能保存较长时间例 5. 某赤铁矿石经处理后检测只含有杂质 CuO、FeO，化学研究性小组的同学取试样 ag，在加热条件下用足量的 CO 将其充分还原后，得金属混合物 10g，生成的 CO2用过量的 澄清石灰水吸收，得到 20.0g 沉淀。试回答： （1）a g； （2）另取 ag 上述矿石试样溶于 200
14、mL 2.50mol/L 的 H2SO4溶液，充分反应后，则计 算所得溶液中 c（H+）= (忽略溶液体积的变化)。 （3）将（2）所得溶液以惰性电极电解，当电路中通过 0.2mol 电子时，停止电解。 试通过计算和推理判断电解过程中阴极上是否一定有金属析出。解析解析: :（1）用 CO 还原金属氧化物时：CuOCOCuCO2；FeOCOFeCO2，CO 接受 一个 O 生成 CO2，因此生成的 CO2的物质的量就等于原金属氧化物中所含 O 的物质的量。根 据题意，生成了 0.2mol 的 CO2，说明原金属氧化物中含有 0.2mol 的 O，即 3.2g 的 O 原子， 则根据质量守恒定律可
15、得试样的质量为：a13.2g （2）样品溶于硫酸时，生成 CuSO4和 FeSO4，相当于原金属氧化物中的 O 被 SO42代替， 则消耗的硫酸的物质的量原金属氧化物中 O 原子的物质的量0.2mol，则剩余硫酸的物 质的量为 0.2L2.50mol/L0.2mol0.3mol，则 c（H+）0.3mol20.2L3mol/L； （3）假设 13.2g 固体全为 FeO，则其物质的量为 13.2g/88g/mol0.15mol，小于电路 中通过的电子的电量，说明在溶液中肯定存在 Cu2，在电解过程中在阴极肯定有 Cu 析出。5答案：答案：（1）a13.2g；（2）3mol/L；（3）肯定有金属
16、析出（二）铜及其重要的化合物： 铜位于第四周期第B 族，电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s1，铜是一种亮红色的 固体，具有良好的导电导热性。铜在化学反应中易失去两个电子形成2 价。 铜的化学性质比较稳定，一般不与其他物质发生化学反应，利用铜的这一性质，古代 人用铜制作货币。但铜在特定的条件下，也能被许多氧化性物质所氧化。如： 1、铜在加热条件下与 O2、S、Cl2等非金属单质化合：2CuO22CuO；2CuSCu2S；CuCl2CuCl2 在潮湿空气中还可发生腐蚀生成绿色的铜锈：2CuO2H2OCO2Cu2(OH)2CO3 2、铜与非氧化性酸一般不反应，但与强氧化性酸，则
17、可以发生氧化还原反应，但无 H2 产生：如：Cu242SOHCuSO4SO22H2O3、铜还可以与某些盐溶液反应：如： 2FeCl3 Cu2FeCl2CuCl2；Cu2AgNO3 Cu（NO3）2 2Ag 4、铜的冶炼：工业上，主要采用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜。这种方法冶炼的铜，其 含量为 99.5%99.7%，还有 Ag、Au、Fe、Zn 等杂质。要达到电气化生产铜的要求，这种由 黄铜矿高温冶炼的铜还必须经过电解精炼，电解精炼得到的铜，其含量高达 99.95%99.98%。 5、铜及其化合物的相互转化关系：说明：说明： 1、铜在和强氧化性物质如：X2、O2等反应时生成2 价，而在和 S 等
18、弱氧化性物质反应 时，则生成1 价。铜可以和强氧化性酸反应，但不能与 H+作用； 2、CuO 在高温下可以分解产生 Cu2O 和 O2。在用 H2还原 CuO 时，也可能产生少量的 Cu2O（红色） 。在有 H存在时不稳定：Cu2O2HCu2CuH2O，利用这一性质，可鉴 别 H2还原 CuO 的产物中是否存在 Cu2O； 3、铜可以与多种物质形成络合物，CuCl2在水溶液中存在如下平衡： Cu(H2O)424ClCuCl424H2O，当浓度较大时，平衡正向移动， CuCl42 增大，显绿色，浓度较稀时，平衡逆向移动，溶液显蓝色。6向 Cu2溶液中加入氨水，先生成蓝色沉淀，继续加入氨水，生成深
19、蓝色溶液： Cu22NH3H2OCu(OH)22NH4；Cu(OH)24NH3H2OCu(NH3)424H2O 4、新制的 Cu(OH)2可以和含有醛基的物质作用产生砖红色的 Cu2O，利用这一性质可以鉴 别含有醛基的物质。CH3CHO2Cu(OH)2CH3COOHCu2O2H2O例 6. 铜是生命必需的元素，也是人类最早使用的金属之一，铜的生产对国计民生各个 方面都产生了深远的影响。请完成下列各题： （1）在化学反应中，铜元素可表现为 0、+1、+2 价。 在西汉古籍中有记载：曾青得铁则化为铜（即曾青 CuSO4跟铁反应就生成铜） 。试写 出该反应的化学方程式 。 铜器表面有时会生成铜绿 C
20、u2（OH）2CO3，这层铜绿可用化学方法除去。试写出一个 除去铜绿而不损坏器物的化学方程式 。 （2）铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币，试从物理性质和化学性质的角度分析 为什么铜常用于制造货币。 （铜的熔点是 1183.4，铁的熔点是 1534.8） 历史上的“青铜器时期”早于“铁器时期” ，而近百年才大量使用铝制品，试分析人类使用 这些金属的时间的事实与金属活泼性及冶炼难易的联系 解析：解析：西汉时期的“曾青得铁则化为铜”是湿法冶金术的先驱， FeCuSO4FeSO4Cu。当铜生成铜绿时，铜元素的化合价升高到+2，所以空气中必有氧 化剂参加了反应。因铜在常温下不与稀硫酸反应，而铜绿则能
21、与稀酸反应，所以可考虑用 稀硫酸清洗。 2CuO2H2OCO2Cu2(OH)2CO3 Cu2(OH)2CO34H+2Cu2+CO23H2O 根据题给信息以及作货币的实际需要，选择铜作货币不仅是因为铜的熔点比较低，容 易铸造成型，同时铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀，加上铜有迷人的光泽。 答案：答案：（1）FeCuSO4CuFeSO4 2CuO2CO2H2OCu2(OH)2CO3 Cu2(OH)2CO3242SOH2CuSO4CO23H2O（2）铜的熔点低，化学性质稳定，有迷人的光泽，易铸造。例 7. 冶炼金属一般有下列四种方法：焦炭法；水煤气（或氢气，或一氧化碳）法 活泼金属置换法；电解法。四
22、种方法在工业上均有应用。古代有(I)火烧孔雀石炼铜； (II)湿法炼铜；现代有(III)铝热法炼铬；(IV)从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析 不正确的是 A. (I)用B. (II)用 C. (III)用D. (IV) 用 解析：解析：金属冶炼的方法很多： 电解法用于冶炼活泼性很强的金属元素，如金属钠、镁、铝等，MgCl2电解MgCl2，2Al2O3电解4Al3O2等； 热还原剂法，用于冶炼活泼性较强的金属，如：铁、铜、锌等金属：CuOCOCuCO2；Fe2O33CO2Fe3CO2； 铝热法，用于冶炼高熔点金属，如：铁、铬、钨等：2AlFe2O3高温2FeAl2O3，2AlWO3高温WA
23、l2O3；7湿法冶金，利用金属活泼性顺序表，排在前面的金属可以把排在它后面的金属从它 的盐溶液中置换出来（活泼性强的金属不与水作用） ，如：FeCuSO4CuFeSO4；热分解法，用来冶炼活泼性很弱的金属，如 Hg、Ag 等金属：2HgO2HgO2；化学平衡法：如用来冶炼金属钾：Na(l)KCl(l) NaCl(l)K(g)，使生成的 K 从混 合物中分离出来，平衡正向移动来制取金属钾。 综上所述，(I)火烧孔雀石炼铜是热还原剂法(II)湿法炼铜是活泼金属置换法；(III) 铝热法炼铬，是铝热法；(IV)从光卤石中炼镁是电解法。则本题中符合题意的是：AD 答案：答案：BC例 8. 在一定条件下
24、，可实现下图所示的物质之间的转化。试填写下列空白： （1）孔雀石的主要成分为 Cu2(OH)2CO3，它受热易分解。上图中的 F 是 。 （2）写出明矾溶液与过量的 NaOH 溶液反应的离子方程式。 （3）图中所得的 C、D 都是固体，混合后在高温下可发生反应，写出该反应的化学方 程式 。 （4）B 既可与盐酸反应，又可与 NaOH 溶液反应，离子方程式分别为、 。 （5）工业上用电解熔融的 B 来制单质 D，每生成 1 mol D 的同时，可生成 mol E。解析：解析：孔雀石高温分解：Cu2(OH)2CO32CuOH2OCO2； 明矾主要成份为：KAl（SO4）2，它与过量 NaOH 溶液
25、反应生成 NaAlO2： Al34OHAlO22H2O； CO2可与 NaAlO2溶液反应生成 Al(OH)3：AlO22H2OCO2Al(OH)3HCO3； 生成的 Al(OH)3高温分解产生 Al2O3，电解熔融 Al2O3制取金属铝：2Al2O34Al3O2，生成的铝又可和 CuO 发生铝热反应，制取金属铜：3CuO2Al高温3CuAl2O3。 综上所述，可知框图中：A 为 NaAlO2；B 为 Al2O3；C 为 CuO；D 为 Al；E 为 O2；F 为 CO2。 答案答案：F 为 CO2；Al34OHAlO22H2O；3CuO2Al3CuAl2O3； Al2O36H2Al33H2O
26、；Al2O32OH2AlO2H2O；根据反应式：2Al2O3电解4Al3O2，可得每生成 1molD 的同时，可生成 0.75mol 的 E（O2） 。例 9. 某化学课外小组用含铜 96%的废铜屑制取胆矾（五水合硫酸铜） 。将铜屑放入稀硫 酸中，加热并不断鼓入空气，在氧气作用下便生成硫酸铜。8（1）写出生成硫酸铜的化学方程式 。 （2）现用 1kg 这种废铜屑理论上能制取胆矾多少千克？ （3）将胆矾与生石灰、水按质量比依次为 1：0.56：100 混合配制成无机铜杀菌剂波 尔多液。 此波尔多液中 Cu2+离子和 Ca2+离子的物质的量的比为 （最简整数比） 波尔多液有效成分的化学式可表示为
27、CuSO4xCu(OH)2yCa(OH)2，此种配比当 x=1 时，试确定 y 的数值。 解析：解析：（1）铜与稀硫酸本身不反应，但在氧气存在，并加热的条件下，可反应生成 CuSO4： 2CuO22H2SO42CuSO42H2O（2）在由铜转化为硫酸铜的过程中，铜元素守恒，则有：6496.01 2503.75（kg） （3）混合体系中：Cu2+离子和 Ca2+离子的物质的量的比硫酸铜的物质的量比生石 灰的物质的量1/160:0.56/5625 CuSO4Ca(OH)2Cu(OH)2CaSO4 反应前 2 5 0 0 反应后 1 4 1 1 CuSO4Cu(OH)2yCa(OH)2中 y4 答案：答案：2CuO22H2SO42CuSO42H2O；3.75kg 25；4